I2C总线（四）I2C子系统（2）

分为应用层、内核层 以及硬件层。主要分析内核空间部分，内核空间部分可以分为：IIC设备驱动、IIC核心以及IIC总线驱动

1、IIC核心

IIC核心提供IIC总线驱动和设备驱动的注册、注销方法，IIC通信方法（algorithm）上层的，与具体的适配器无关的代码以及探测设备、检测设备地址的上层代码等。

2、IIC总线驱动

IIC总线驱动是对IIC硬件体系结构中适配器端的实现，就是怎样操作IIC模块工作。适配器可由CPU控制，甚至直接集成到CPU里面。IIC总线驱动主要包括了IIC适配器数据结构i2c_adapter、i2c适配器的algorithm数据结构i2c_algorithm和IIC适配器产生通信信号的函数。

3、IIC设备驱动

IIC设备驱动是对IIC硬件体系结构中设备端的实现，比如说设备上的EEPROM设备等。设备一般挂接在CPU控制的IIC适配器上，通过IIC适配器和CPU交换数据。IIC设备驱动主要包括了数据i2c_driver和i2c_client，需要根据具体设备实现其中的成员函数。

IIC核心部分是linux内核自带的，不需要开发；

IIC总线驱动部分一般是由厂商提供的，如三星公司提供的IIC总线驱动为/drivers/i2c/buses/i2c-s3c2410.c

IIC设备驱动需要自己写。

LINUX下IIC驱动体系中的四个主要数据结构以及相互之间的关系

1、i2c_driver —— IIC设备驱动：

struct i2c_driver {
	unsigned int class;            驱动类型
	int (*attach_adapter)(struct i2c_adapter *) __deprecated;  当检测到适配器时调用的函数
	int (*probe)(struct i2c_client *, const struct i2c_device_id *);
	int (*remove)(struct i2c_client *);
	void (*shutdown)(struct i2c_client *);                   关闭IIC设备
	int (*suspend)(struct i2c_client *, pm_message_t mesg);   挂起IIC设备
	int (*resume)(struct i2c_client *);                       恢复IIC设备
	void (*alert)(struct i2c_client *, unsigned int data);
	int (*command)(struct i2c_client *client, unsigned int cmd, void *arg); 使用命令使设备完成特殊的功能。类似ioctl()函数
	struct device_driver driver;                            设备驱动结构体
	const struct i2c_device_id *id_table;                    设备ID表
	int (*detect)(struct i2c_client *, struct i2c_board_info *);  自动探测设备的回调函数
	const unsigned short *address_list;                    设备地址所在列表
	struct list_head clients;                            指向驱动支持的设备
};

这里简单地把源码里的简介翻译翻译：

首先i2c_driver代表一个i2c设备驱动，@class：表示我们将注册的是那种设备（探测时用）；@attach_adapter:添加总线时，告诉驱动的回调函数（以后可能要弃用）；@probe：绑定设备时的回调函数；@remove：解除绑定时调用的回调函数；@shutdown：设备关闭时调用的回调函数；@suspend：设备挂起时调用的回调函数；@resume：设备恢复时调用的回调函数；@alert：警惕回调函数（翻译可能不准确）；@command：实现特殊功能的回调函数；@driver：设备驱动模型中的驱动；@id_table：这个IIC驱动支持的设备链表；@detect：检测设备的回调函数；@address_list：检测的IIC设备的地址；@clients：检测到的我们写的client（仅仅iic核心会用）

2、i2c_client：

一个连接到i2c_bus总线上的设备用i2c_client表示，赋予linux的操作是由管理设备的驱动程序里面定义的

struct  i2c_client
{
	unsigned short  flags;       标志位
	unsigned short  addr;　　　　　设备的地址，低7位为芯片地址
	char name[I2C_NAME_SIZE];　　　　　设备的名称，最大为20个字节
	struct  i2c_adapter *adapter;　　依附的适配器i2c_adapter，适配器指明所属的总线
	struct  i2c_driver *driver;　　　　指向设备对应的驱动程序
	struct device  dev;　　　　　　　设备结构体
	int irq;　　　　　　　　　　　　设备申请的中断号
	struct list_head  list;　　　连接到总线上的所有设备
	struct list_head 　　detected;　　　已经被发现的设备链表
};

下面是源码里的简介翻译：

首先，i2c_client代表一个IIC从设备；@flags：就是一个标示， I2C_CLIENT_TEN表示IIC从设备使用的芯片地址是10bit的，I2C_CLIENT_PEC表示设备使用SMBus错误检查；@addr：从设备在连接到相应适配器总线上使用的地址；@name：设备的名字；@adapter：挂接设备的适配器；@driver：访问设备的驱动；@irq：表明由设备产生的中断；@detected：一个i2c_driver支持的client的数量或i2c核心的用户空间设备的链表。

设备结构体i2c_client中addr的低8位表示设备地址。设备地址由读写位、器件类型和自定义地址组成，如下图：

第7位是R/W位，0表示写，2表示读，所以I2C设备通常有两个地址，即读地址和写地址；
类型器件由中间4位组成，这是由半导体公司生产的时候就已经固化了；
自定义类型由低3位组成。由用户自己设置；

     IIC设备还有一些重要的注意事项：
1、i2c_client数据结构是描述IIC设备的“模板”，驱动程序的设备结构中应包含该结构；
2、adapter指向设备连接的总线适配器，系统可能有多个总线适配器。内核中静态指针数组adapters记录所有已经注册的总线适配器设备；
3、driver是指向设备驱动程序，这个驱动程序是在系统检测到设备存在时赋值的；

结构体i2c_driver和i2c_client的关系较为简单，其中i2c_driver表示一个IIC设备驱动，i2c_client表示一个IIC设备。关系如下图：

3、i2c_adapter —— IIC总线控制器：

i2c_adapter：IIC总线适配器就是一个IIC总线控制器，在物理上连接若干个IIC设备。IIC总线适配器本质上是一个物理设备，其主要功能是完成IIC总线控制器相关的数据通信：

struct i2c_adapter {
	struct module *owner;         模块计数
	unsigned int class;		允许探测的驱动类型
	const struct i2c_algorithm *algo;   指向适配器的驱动程序
	void *algo_data;

	/* data fields that are valid for all devices	*/
	struct rt_mutex bus_lock;   对总线进行操作时，将获得总线锁
	int timeout;	          超时
	int retries;              重试次数
	struct device dev;	  指向适配器的设备结构体
	int nr;
	char name[48];            适配器名称
	struct completion dev_released;
	struct mutex userspace_clients_lock;
	struct list_head userspace_clients;
	struct i2c_bus_recovery_info *bus_recovery_info;
};

4、i2c_algorithm

          每一个适配器对应一个驱动程序，该驱动程序描述了适配器与设备之间的通信方法:

i2c_algorithm 是为一类使用相同总线算法寻址的一个接口。当适配器不能使用i2c访问设备时，把master_xfer设置为NULL；如果一个适配器可以做SMBus访问时，设置smbus_xfer，如果把smbus_xfer设置成NULL，SMBus协议使用通用I2C模拟的消息

struct i2c_algorithm {
传输函数指针，指向实现IIC总线通信协议的函数，用来确定适配器支持那些传输类型
	int (*master_xfer)(struct i2c_adapter *adap, struct i2c_msg *msgs, int num);

smbus方式传输函数指针，指向实现SMBus总线通信协议的函数。SMBus和IIC之间可以通过软件方式兼容，所以这里提供了一个函数，但是一般都赋值为NULL
	int (*smbus_xfer) (struct i2c_adapter *adap, u16 addr,
			   unsigned short flags, char read_write,
			   u8 command, int size, union i2c_smbus_data *data);

	/* To determine what the adapter supports */
	u32 (*functionality) (struct i2c_adapter *);
};

下面主要说说i2c_adapter和i2c_algorithm、i2c_driver和i2c_client的关系

a -- i2c_adapter与i2c_algorithm

i2c_adapter对应与物理上的一个适配器，而i2c_algorithm对应一套通信方法，一个i2c适配器需要i2c_algorithm中提供的（i2c_algorithm中的又是更下层与硬件相关的代码提供）通信函数来控制适配器上产生特定的访问周期。缺少i2c_algorithm的i2c_adapter什么也做不了，因此i2c_adapter中包含其使用i2c_algorithm的指针。
           i2c_algorithm中的关键函数master_xfer()用于产生i2c访问周期需要的start stop ack信号，以i2c_msg（即i2c消息）为单位发送和接收通信数据。
           i2c_msg也非常关键，调用驱动中的发送接收函数需要填充该结构体

struct i2c_msg {  
	__u16 addr; /* slave address            */  
	__u16 flags;          
	__u16 len;      /* msg length               */  
	__u8 *buf;      /* pointer to msg data          */  
};  

b -- i2c_driver和i2c_client

      i2c_driver对应一套驱动方法，其主要函数是attach_adapter()和detach_client()
      i2c_client对应真实的i2c物理设备device，每个i2c设备都需要一个i2c_client来描述
      2c_driver与i2c_client的关系是一对多。一个i2c_driver上可以支持多个同等类型的i2c_client.
c -- i2c_adapter和i2c_client

　　i2c_adapter和i2c_client的关系与i2c硬件体系中适配器和设备的关系一致，即i2c_client依附于i2c_adapter,由于一个适配器上可以连接多个i2c设备，所以i2c_adapter中包含依附于它的i2c_client的链表。

IIC设备驱动程序大致可以分为设备层和总线层。设备层包括一个重要的数据结构，i2c_client。总线层包括两个重要的数据结构，分别是i2c_adapter和i2c_algorithm。一个i2c_algorithm结构表示适配器对应的传输数据方法。3个数据结构关系：

IIC设备层次结构较为简单，但是写IIC设备驱动程序却相当复杂。

IIC设备驱动程序的步骤：